2021届高考生物新人教版一轮复习学案：第6单元遗传的分子基础第3讲基因的表达

第3讲　基因的表达

遗传信息的转录和翻译

1．RNA的结构和种类

(1)基本单位：核糖核苷酸。

(2)组成成分：

(3)结构：一般是单链，长度比DNA短；能通过核孔从细胞核转移到细胞质中。

(4)种类及功能：

(5)DNA与RNA的区别：

2.遗传信息的转录

(1)概念：以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。

(2)转录过程(见图)：

3．遗传信息的翻译

(1)概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

(2)密码子

①概念：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称为1个密码子。

②种类：64种，其中决定氨基酸的密码子有61种，终止密码子有3种。

(3)翻译过程

 (4)过程图示

(人教版必修2 P67图改编)(1)图中a、b、c依次为何种物质或结构？图中显示a、b间存在何种数量关系？其意义何在？

(2)图示翻译方向是A→B还是B→A，判断依据是什么？

(3)图中c所指的3条链的氨基酸序列是否相同？为什么？

提示：(1)a是mRNA，b是核糖体，c是肽链。图示表明一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，其意义是少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。

(2)由c中三条链越往B侧越延长，可确认翻译方向是A→B。

(3)图中c所指的三条链的模板相同(均为a)，故其氨基酸序列均相同。

1．一个tRNA分子中只有三个碱基，可以携带多种氨基酸。 (×)

提示：一个tRNA分子与密码子配对的碱基有三个，只携带一种氨基酸。

2．rRNA是核糖体的组成成分，原核细胞中可由核仁参与合成。

  (×)

提示：原核细胞无核仁。

3．tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。 (√)

4．细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率。   (×)

提示：基因进行转录时是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的。

5．一个含n个碱基的DNA分子，转录的mRNA分子的碱基数是n/2个。  (×)

提示：DNA上可能有不具有遗传效应的片段，且基因会选择性表达，因此mRNA分子的碱基数小于n/2个。

6．每种氨基酸仅由一种密码子编码。 (×)

提示：一种氨基酸由一种或多种密码子编码。

7．mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。   (×)

提示：终止密码子无对应的反密码子。

8．细胞中的mRNA在核糖体上移动，指导蛋白质的合成。 (×)

提示：应是核糖体在mRNA上移动。

9．存在于叶绿体和线粒体中的DNA都能进行复制、转录，进而翻译出蛋白质。  (√)

1．复制、转录和翻译的比较

2.转录和翻译过程中相关数量的计算

(1)相关数量关系：基因碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1(忽略终止密码子)。

(2)关注计算中“最多”和“最少”问题。

①mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。

②DNA上的碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。

③不能忽略“最多”或“最少”等字(忽略终止密码子)：如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。

1．mRNA与其作为传递遗传信息的信使的分子特点有哪些？

提示：(1)由核糖核苷酸连接而成，含有四种碱基，可以携带遗传信息；(2)一般为单链，而且比DNA短，能够通过核孔从细胞核转移到细胞质。

2．什么是密码子的简并性？密码子的简并性有何意义？什么是密码子的统一性？密码子的统一性说明了什么？

提示：一种氨基酸可能有几个密码子的现象叫密码子的简并性。密码子具有简并性，一方面可增强容错性，减少蛋白质或性状的差错，另一方面有利于提高翻译的效率。密码子的统一性是指地球上几乎所有的生物都共用一个密码子表，这一事实说明各种生物都有一定的亲缘关系或者说生命本质上是统一的。

3．原核生物的拟核基因表达速度往往比真核生物的核基因表达的速度要快很多，原因是什么？

提示：原核生物没有核膜，基因表达时转录和翻译可以同步进行，真核生物有核膜，基因表达时先完成转录，再完成翻译。

4．起始密码子AUG决定甲硫氨酸，为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸？

提示：翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰，甲硫氨酸在此过程中会被剪切掉。

考查遗传信息的转录和翻译

1．(2017·全国卷Ⅲ)下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是(　　)

A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来

B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生

C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生

D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补

C　[tRNA、rRNA和mRNA均由DNA转录而来，A正确。RNA的合成以DNA的一条链为模板，边解旋边转录，同一细胞中可能有多个DNA分子同时发生转录，故两种RNA可同时合成，B正确。RNA的合成主要发生在细胞核中，另外在线粒体、叶绿体中也可发生，C错误。转录时遵循碱基互补配对原则，故转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。]

2．(2019·海南高考)下列关于蛋白质合成的叙述错误的是(　　)

A．蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束

B．携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点

C．携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合

D．最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸

C　[蛋白质合成中，翻译的模板是mRNA，从起始密码子开始到终止密码子结束，A正确；核糖体同时占据两个密码子位点，携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点，通过反密码子与密码子进行互补配对，B正确、C错误；最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸，继续运输其他氨基酸，D正确。]

3．(2019·长郡中学测试)如图为某六肽化合物合成的示意图。下列叙述不正确的是(　　)

A．与①→②相比，③→⑤特有的碱基配对方式是U－A

B．根据图中多肽的氨基酸数可以判断出终止密码子是UCU

C．①→②中会产生图中④代表的物质，且④中含有氢键

D．若该多肽是一种DNA聚合酶，则它会催化物质①的复制

B　[①为DNA，②③均是mRNA，⑤是多肽。①→②过程表示转录，其碱基配对方式是A－U、T－A、G－C、C－G，③→⑤过程表示翻译，其碱基配对方式是A－U、U－A、G－C、C－G，可见，与①→②相比，③→⑤特有的碱基配对方式是U－A，A正确；根据图中多肽的氨基酸数可以判断出终止密码子是UAA，B错误；①→②所示的转录过程会产生图中④代表的tRNA，tRNA中含有氢键，C正确；若该多肽是一种DNA聚合酶，则它会催化物质①所示的DNA的复制，D正确。]

考查遗传信息、密码子和反密码子

4．(2019·重庆模拟)下列有关遗传信息的叙述，错误的是(　　)

A．遗传信息控制生物性状并代代相传

B．遗传信息从碱基序列到氨基酸序列不会损失

C．亲代传给子代的遗传信息主要编码在DNA上

D．克里克将遗传信息传递的一般规律命名为“中心法则”

B　[遗传信息的传递是通过DNA分子的复制实现的，DNA分子通过复制，使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续，在亲子代之间保持遗传性状的稳定，A正确；由于基因中的启动子、终止子和内含子都不编码氨基酸，因此遗传信息在从碱基序列到氨基酸序列的传递过程中有所损失，B错误； 遗传信息主要位于DNA上，DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给子代，C正确； 克里克首先预见了遗传信息传递的一般规律，并将这一规律命名为中心法则，D正确。]

5．如图是蛋白质合成时tRNA分子上的反密码子与mRNA上的密码子的配对情形。下列有关叙述错误的是(　　)

A．tRNA上结合氨基酸分子的部位为甲端

B．与此tRNA反密码子配对的密码子为UCG

C．图中戊处上下链中间的化学键为氢键

D．蛋白质的合成是在细胞内的核糖体上进行的，核糖体沿着mRNA由丙向丁移动

B　[由题图可知，tRNA上结合氨基酸分子的部位是甲端；tRNA分子上的反密码子的读取方向是从甲端到乙端(“高端”→“低端”)，即CGA，那么与之互补配对的密码子应为GCU；单链tRNA分子的部分碱基通过氢键互补配对形成三叶草结构；由密码子GCU可知，在翻译过程中，核糖体沿着mRNA由丙向丁移动。综上所述，B项错误。]

6．(2019·潍坊市调研)下列有关密码子的叙述正确的是(　　)

A．基因突变可能改变基因中密码子的种类或顺序

B．每种氨基酸都对应多种密码子

C．密码子的简并性可以减少有害突变

D．密码子和反密码子中碱基可互补配对，所以两者种类数相同

C　[密码子是指mRNA上能编码氨基酸的三个相邻的碱基，A错误；有些氨基酸只对应一种密码子，B错误；由于密码子的简并性，当发生基因突变后氨基酸的种类可能并未发生改变，即可以减少有害突变，C正确；密码子共64种，反密码子共61种，D错误。]

　遗传信息、密码子与反密码子的关系

结合信息考查基因的表达过程

7．(2019·成都一诊)抗生素P能有效抑制细胞内蛋白质的合成，原因是其具有与tRNA结构中“结合氨基酸部位”类似的结构。在进行试管内翻译时，将足量抗生素P加到反应试管内，可能会观察到的现象是(　　)

A．试管内翻译的最终产物为不完整蛋白质

B．携带氨基酸的tRNA无法与mRNA进行碱基互补配对

C．mRNA无法与核糖体结合

D．抗生素P与游离的核糖核苷酸结合

A　[由题干信息可知，试管中加入抗生素P后，试管中游离的氨基酸与抗生素P结合后，就不能和tRNA结合，可能导致试管内翻译的蛋白质不完整；抗生素P不会影响携带氨基酸的tRNA与mRNA进行碱基互补配对，也不会影响核糖体与mRNA结合。综上所述，A项正确。]

8．(2019·潍坊市二模)基因转录出的初始RNA，要经过加工才能与核糖体结合发挥作用：初始RNA经不同方式的剪切可被加工成翻译不同蛋白质的mRNA；某些初始RNA的剪切过程需要非蛋白质类的酶参与。而且大多数真核细胞mRNA只在个体发育的某一阶段合成，发挥完作用后以不同的速度被降解。下列相关叙述错误的是(　　)

A．一个基因可参与生物体多个性状的控制

B．催化某些初始RNA剪切过程的酶是通过转录过程合成的

C．初始RNA的剪切、加工是在核糖体内完成的

D．mRNA的合成与降解是细胞分化的基础，可促进个体发育

C　[初始RNA的剪切、加工是在细胞核中完成的。]

中心法则及基因与性状的关系

1．中心法则

(1)提出者：克里克。

(2)补充后的内容图解

2．基因控制性状的途径

(1)直接控制途径(用文字和箭头表示)

基因蛋白质的结构生物体的性状(完善实例分析如下)

(2)间接控制途径(用文字和箭头表示)

基因酶的合成代谢过程生物体的性状(完善实例分析如下)

①白化病致病机理图解

②豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解

3．基因与性状的对应关系

(1)一般而言，一个基因决定一种性状。

(2)生物体的一种性状有时受多个基因的影响，如果蝇红眼的形成与多个基因有关。

(3)有时一个基因可影响多种性状，如A酶 ,　B酶 ,　C，基因1可影响B和C的性状。

(4)生物体的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同，表现型可能不同；基因型不同，表现型可能相同。

1．HIV中能完成逆转录过程。  (×)

提示：HIV感染人体细胞，在细胞内完成逆转录过程。

2．豌豆粒形的形成机理体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。               (×)

提示：豌豆粒形的形成机理体现了基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而间接控制生物体的性状。

3．白化病是酪氨酸酶活性降低造成的。 (×)

提示：白化病是病人体内不能合成酪氨酸酶造成的。

4．某些性状由多个基因共同决定，有的基因可能影响多个性状。

  (√)

5．两个个体的身高相同，二者的基因型可能相同，也可能不同。

  (√)

6．淀粉分支酶基因中插入一段外来DNA，属于基因重组。(×)

提示：基因中插入一段外来DNA，使基因结构发生改变，属于基因突变。

不同细胞或生物的中心法则

(1)能分裂的细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则：

(2)烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则：

(3)HIV等逆转录病毒的中心法则：

(4)不能分裂的细胞生物的中心法则：

1．不同生物，不同细胞其遗传信息表达方式可存在显著不同。

(1)请写出洋葱表皮细胞内遗传信息的传递形式。

(2)请写出洋葱根尖分生区细胞内的遗传信息的传递形式。

提示：(1)DNARNA蛋白质。

(2) 。

2．为什么线粒体中基因控制的性状只能通过母方遗传给后代？

提示：受精时，精子的头部进入卵细胞中，受精卵中的细胞质基因几乎全部来自卵细胞。

3．“牝鸡司晨”是我国古代人民早就发现的性反转现象，即原来下过蛋的母鸡以后却变成公鸡，长出公鸡的羽毛，发出公鸡的啼声。请你从遗传物质与性状关系的角度，解释这一现象。

提示：鸡的性别受遗传物质和环境共同影响，性反转现象是某种环境因素使性腺出现反转的表现。

考查中心法则

1．如图为中心法则中遗传信息流向图。下列有关叙述正确的是(　　)

A．图中遗传信息在同种物质间传递的过程有①②④

B．神经元细胞核中可发生①②过程，HIV可发生⑤过程

C．图中能发生A与U配对的过程有②③④⑤，能发生A与T配对的过程有①②④

D．③过程中核糖体与mRNA的结合部位会形成1个tRNA的结合位点

C　[①②③④⑤过程分别表示DNA的复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制。图中遗传信息在同种物质间传递的过程有①和⑤，A项错误；神经元细胞是高度分化的细胞，细胞核中可发生②过程，不能发生①过程，HIV为逆转录病毒，可发生④过程，B项错误；图中②③④⑤过程均有RNA参与，均可发生A与U配对，①②④过程均有DNA参与，均可发生A与T配对，C项正确；③过程中核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点，D项错误。]

2．下列与中心法则有关的说法，错误的是(　　)

A．形成RNA的过程不一定都需要RNA聚合酶的参与

B．中心法则的各个过程都涉及碱基互补配对原则   

C．中心法则是由克里克和沃森共同提出来的

D．正常情况下，细胞生物的细胞中不会发生RNA复制和逆转录

C　[形成RNA的过程包括转录、RNA复制，转录需要RNA聚合酶参与，但RNA复制需要RNA复制酶参与，A项正确；中心法则的各个过程都涉及碱基互补配对原则，B项正确；中心法则是由克里克提出来的，C项错误；正常情况下，细胞生物的细胞中不会发生RNA复制和逆转录，D项正确。]

　“三步法”判断中心法则各过程

考查基因对性状的控制

3．(2019·潍坊期末)下列关于基因、蛋白质与性状的关系，叙述错误的是(　　)

A．基因与性状之间是一一对应关系

B．某些蛋白质的结构不同，直接体现的生物性状也不同

C．基因可通过控制酶的合成控制生物性状

D．生物性状是基因、蛋白质、环境相互作用调控的结果

A　[基因与基因之间、基因与基因产物之间、基因与环境之间存在着复杂的作用关系，基因与性状之间不是一一对应关系。]

4．下列有关人体细胞中基因与性状关系的叙述，错误的是(　　)

A．基因分布于细胞核、线粒体中，只有核中的基因能决定性状

B．环境也能影响性状表现，性状是基因与环境共同作用的结果

C．有些性状是由多个基因共同决定的，有的基因可决定和影响多种性状

D．一条染色体上分布有许多基因，可决定和影响人体的多种性状表现

A　[基因分布于人体的细胞核、线粒体中，核基因和线粒体基因均能控制生物性状；性状是由环境和基因共同决定的；性状可由一个或多个基因共同决定，有些基因可决定和影响多种性状；一条染色体上含一个或两个DNA，一个DNA上含有多种基因，可决定和影响人体多种性状。综上所述，A项错误。]

1.转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。

2.翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。

3.并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。

4.一种密码子只决定一种氨基酸，但一种氨基酸可对应一种或多种密码子。

5.RNA复制酶、逆转录酶均来自病毒自身，但是该酶起初应在寄主细胞核糖体上，由寄主细胞提供原料合成。

1.RNA与DNA在化学组成上的区别：RNA中含有核糖和尿嘧啶，DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。

2.转录是以DNA的一条链作为模板，主要发生在细胞核中，以4种核糖核苷酸为原料。

3.决定氨基酸的密码子位于mRNA上，有61种，反密码子位于tRNA上。

4.基因对性状的控制有两条途径：一是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状；二是基因通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状。

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2019·全国卷Ⅰ)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是(　　)

①同位素标记的tRNA

②蛋白质合成所需的酶

③同位素标记的苯丙氨酸

④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸

⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液

A．①②④　　　　　　 B．②③④

C．③④⑤   D．①③⑤

C　[蛋白质合成需要mRNA模板、游离的氨基酸、核糖体、tRNA以及相关酶等。人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸可作为合成多肽链的模板；要获得同位素标记的多肽链，需要使用同位素标记的氨基酸；除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中含有核糖体、tRNA以及相关酶等，所以C选项符合题意。]

2．(2019·海南高考)下列与蛋白质、核酸相关的叙述，错误的是(　　)

A．一个核糖体上可以同时合成多条多肽链   

B．一个蛋白质分子可以含有多个金属离子

C．一个mRNA分子可以结合多个核糖体   

D．一个DNA分子可以转录产生多个RNA分子

A　[一个核糖体上一次只能合成一条多肽链，A错误；一个蛋白质分子可以含有多个金属离子，如一个血红蛋白含有四个亚铁离子，B正确；一个mRNA分子可以结合多个核糖体，合成多条多肽链，C正确；一个DNA分子上含有多个基因，不同基因可以转录产生多个RNA分子，D正确。]

3．(2019·海南高考)某种抗生素可以阻止tRNA与mRNA结合，从而抑制细菌生长。据此判断。这种抗生素可直接影响细菌的(　　)

A．多糖合成   B．RNA合成 

C．DNA复制   D．蛋白质合成

D　[多糖合成不需要经过tRNA与mRNA结合，A不符合题意；RNA合成可以通过转录或RNA复制的方式，均不需要tRNA与mRNA结合，B不符合题意；DNA复制需要经过DNA与相关酶结合，不需要经过tRNA与mRNA结合，C不符合题意；翻译过程需要经过tRNA与mRNA结合，故该抗生素可能通过作用于翻译过程影响蛋白质合成，D符合题意。]

4．(2018·海南高考)关于复制、转录和逆转录的叙述，下列说法错误的是(　　)

A．逆转录和DNA复制的产物都是DNA

B．转录需要RNA聚合酶，逆转录需要逆转录酶

C．转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸

D．细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板

C　[逆转录所需要的反应物是脱氧核苷酸。]

5．(2017·海南高考)下列关于生物体内基因表达的叙述，正确的是(　　)

A．每种氨基酸都至少有两种相应的密码子

B．HIV的遗传物质可以作为合成DNA的模板

C．真核生物基因表达的过程即是蛋白质合成的过程

D．一个基因的两条DNA链可转录出两条相同的RNA

B　[除了甲硫氨酸和色氨酸外，每一个氨基酸都至少有两个相应的密码子，A错误；HIV的遗传物质为RNA，可以作为合成DNA的模板，B正确；tRNA和rRNA的合成过程也是基因表达，只包括转录过程，蛋白质合成的过程包括转录和翻译，C错误；转录是以DNA的一条链作为模板，D错误。]